Зняття вольт-амперної характеристики напівпровідникового діода

Мета роботи: Дослідити залежність сили струму від напруги, яка прикладена до напівпровідникового діода.

Прилади і матеріали:

1. Діод напівпровідниковий на колодці.

2. Джерело електроживлення постійного струму.

3. Міліамперметр постійного струму.

4. Вольтметр постійного струму.

5. Реостат повзунковий.

6. Ключ.

7. Комплект з'єднувальних проводів.

Теоретичні відомості:

Роботу виконують з напівпровідниковим діодом Д7Ж. Основна деталь його монокристалічна пластинка германію 5 (рис.9.1), до одної з поверхонь якої приварено краплю індію 4. Внаслідок цього в пластинці, яка мала до цього лише електронну провідність, утворилися дві розмежовані області з електронною ( n ) і дірковою ( р ) провідностями. На межі цих областей утворився електронно-дірковий перехід ( n - р ), який має однобічну провідність.

Пластинка германію припаяна оловом 6 до основи металевого корпусу 7, який захищає кристал від зовнішнього впливу. Один контактний вихід 8 з'єднаний з пластинкою германію, а інший контактний вихід 1 - з краплею індію. Він проходить у металевій трубці 2, вплавленій у скляний ізолятор 3. Виводи діода підведені на панелі до двох затискачів, позначених знаками "+" та "-".

Якщо зовнішнього електричного поля немає, то через електронно-дірковий перехід діода взаємно дифундують основні носії заряду: електрони з n -германію дифундують у р -германій, а дірки з р -германію переходять у n -германій. Внаслідок цього з обох боків межі поділу двох напівпровідників утворюються об'ємні заряди різних знаків, а водночас і електричне поле. Це поле перешкоджає дифузії основних носіїв заряду і підтримує зворотний рух неосновних носіїв заряду, тобто дірки з n -області переміщує в р -область, а електрони з р -області переміщує назад, в n -область.

Якщо електрони і дірки рухаються назустріч, то частина з них рекомбінується, внаслідок чого в переході n - р утворюється шар завтовшки 10 -4 …10 -6  см, бідний на рухомі носії заряду. Цей шар називають запірним шаром. Незважаючи на малу товщину, запірний шар є головною частиною опору діода.

Якщо зовнішнього електричного поля немає, то струми, утворені рухом основних і неосновних носіїв заряду, однакові за абсолютною величиною, але протилежні за напрямом, тому сила струму через перехід дорівнює нулю.

Якщо на діод діє зовнішнє електричне поле, напрямлене від діркового напівпровідника до електронного, електричне поле переходу n - р слабне, основні носії зарядів рухаються до межі поділу двох напівпровідників, товщина і опір запірного шару зменшуються, внаслідок чого дифузійний струм основних носіїв заряду зростає і загальна сила струму через перехід вже не дорівнює нулю. Струм, утворений рухом основних носіїв заряду і напрямлений від діркового напівпровідника до електронного, називають прямим струмом діода .

Із зміною полярності прикладеної напруги електричне поле переходу n - р зростає і дифузійний рух основних носіїв заряду через перехід припиняється: електричне поле видаляє основні носії зарядів з пограничних шарів у глибину електронної і діркової областей. Тому товщина запірного шару збільшується, а опір його зростає. Проте невеликий струм і в цьому разі проходить через діод, він створюється рухом неосновних носіїв заряду. Цей струм напрямлений від електронного напівпровідника до діркового; його називають зворотним струмом діода . Залежно від напряму струму в діоді прикладену до нього напругу, а також опір діода називають прямими або зворотними.

Виконуючи цю роботу, треба дослідити залежності сил прямого і зворотного струмів діода від прикладених до нього напруг і побудувати графіки цих залежностей.

Хід роботи:

відео

1.

Дослідіть залежність сили прямого струму від прикладеної до діода напруги. Для цього складіть електричне коло за схемою, яку зображено на рис.9.2. Діод увімкніть у пропускному напрямі, звернувши увагу на знаки "+" і "-", позначені на його панелі.

Напругу на діод подають з потенціометра і вимірюють вольтметром зі шкалою З В, силу прямого струму діода - міліамперметром, увімкнутим спочатку зі шкалою 7,5 мА, а потім із шкалами 15 мА і З0 мА.

2. Збільшуючи напругу на діоді щоразу приблизно на 0,02 В, запишіть покази обох приладів у таблицю 9.1.

Таблиця 9.1

Застереження. Сила прямого струму діода не повинна перевищувати 300 мА, інакше діод вийде з ладу.

4. Дослідіть залежність сили зворотного струму від прикладеної до діода напруги. Для цього складіть електричне коло за новою схемою, яку зображено на рис.9.3, звернувши увагу на відмінність вмикання діода і вольтметра.

Напругу на діод подають за допомогою потенціометра; вимірюють її вольтметром зі шкалою 15 В, а силу струму - міліамперметром зі шкалою 1,5 мА.

5.
За результатами досліджень зробіть висновок.

Дайте відповіді на запитання:

1. Закінчіть речення: Донорні домішки у напівпровіднику n-типу

- Збільшують кількість дірок

- Збільшують кількість вільних електронів

- Надають напівпровіднику позитивний заряд

2. Напівпровідниковий діод складається з:

- Двох р-n переходів

- Скляного балону з вакуумом, катода та анода

- Одного р-n перехода

3. Напівпровідникові діоди використовуються:

- Для вимірювання змінного струму

- Для випрямлення змінного струму

- Для відтворення звуку, записаного на кінострічці у вигляді “звукової доріжки”